Nanocomposites de base metálica.

Por: Ignacio Carbajo Pascau
Los composites, o materiales compuestos, tienen la curiosa característica de estar formados por varios tipos de materiales a la vez, unos como fibras o simples partículas y otros como los contenedores de éstas (matrices). Si están bien confeccionados, pueden adquirir las propiedades de ambos y, no solo eso, también potenciarlas todavía más. Aunque dicho así puede parecer que habría posibilidades ilimitadas, en la práctica no son fáciles de conseguir ya que tienen problemas de corrosión, estabilidad, etc., y se necesita un gran trabajo para conseguir un resultado óptimo. Pero, sin duda, eso no ha desanimado al progreso y hoy en día se utilizan una amplia gama de materiales compuestos, desde el antiguo adobe o el conocido hormigón a otros más modernos como el Cermet o el CRFP (Polímero con fibra de carbono). Las industrias que podrían parecer más beneficiadas de los composites serían la aeronáutica, la automovilística y la construcción, pero en el siglo XXI decir que un material es exclusivo de una industria sería como ponerle puertas al campo.
Y la pregunta obligada surgió, ¿por qué no aplicar la nanotecnología a los composites? Pues manos a la obra. Se calcula que el crecimiento de la producción anual de nanocomposites se incrementa cada año en un 25 %, y eso que estamos sólo al principio. Un caso específico de estos nanocomposites son los que tienen como base un metal, los llamados MMNCs (Metal Matrix Nanocomposites). Éstos tienen un gran futuro en las industrias antes citadas, y en muchas otras, como el campo de la electrónica o la eficiencia energética de procesos. El requisito es sencillo: las partículas, fibras, discos, lo que sea, deben de tener (por lo menos en una de sus tres dimensiones) tamaño de hasta cien nanómetros.
Se han dedicado muchos estudios para conseguir fabricar MMNCs eficientemente, para que se puedan sintetizar comercialmente de forma rentable . Pero no es tarea sencilla, hay infinidad de métodos, pero todos ellos bastante caros: Deposición con espray, pirólisis en espray, infiltración de metal líquido, electrodeposición, CVD, PVD, etc. Sin embargo, se ha hecho avances en este aspecto, investigando en el complejo método de solidificación rápida (104–107 °C/s), que es más económico, aunque todavía con menos prestaciones. El talón de Aquiles de la fabricación de los  nanocomposites es conseguir que las nanopartículas se distribuyan como nosotros queramos (homogéneamente o no) sin que reaccionen con el metal, se acumulen todas en sitios específicos (ya que tienden a juntarse), o se ‘despeguen’ de él (para saber más).
Los MMNCs más comunes suelen ser de aluminio, magnesio (metales ligeros), hierro, estaño, wolframio o plomo. A ellos se les puede añadir algún tipo de partículas como óxido de aluminio, óxido de titanio, carburo de silicio, nitruro de silicio, o la fórmula secreta, los nanotubos de carbono. Los CNT (Carbon nanotubes), descubiertos en 1991, son una especie ideal para los MMNCs como veremos a continuación.
La gran cantidad de nanopartículas para añadir no solo pueden mejorar sus propiedades mecánicas, sino que también pueden modificar significativamente sus propiedades térmicas, eléctricas, biocorrosión, y muchas más. Por ejemplo, al añadir CNTs se puede conseguir materiales con una alta conductividad eléctrica solo en una dirección deseada. Además, regulando el porcentaje de CNTs que depositamos, es posible controlar la expansión térmica (a menudo indeseable). Otro ejemplo es el magnesio con nanopartículas de fluorapatita que consigue controlar los efectos de la biodegradación.
El aluminio conteniendo carburo de silicio en nanopartículas consigue excelentes propiedades térmicas, por lo que puede utilizarse como empaquetamiento de dispositivos electrónicos, en los que actualmente se utiliza aleaciones de cobre con wolframio o con molibdeno. Disolviendo partículas de magnesio y silicio se consigue reducir todavía más su conductividad térmica. Para propiedades estructurales también puede ser útil, como el aluminio con nanopartículas de óxido de aluminio, el cual incrementó su resistencia cerca de  15 veces, siendo este ligero MMNC casi dos veces más resistente que el acero inoxidable.
MMNCs2
Fig 1b. Detalle de la imágen anterior.
Este campo es alentador e interesante (libro para aprender más), ya que todavía queda mucho estudio teórico por hacer que pueda prever y reducir los defectos de la producción de MMNCs. Ya se estudia este tema en todo el mundo (como en la Universidad Jiao Tong de Shangai), incluso se publican patentes, y cuando se vayan afinando los procesos de sintetización y el estudio de su propiedades eléctricas, térmicas, mecánicas, etc., seguro que nos encontraremos con un gran abanico de posibilidades.